(57)【要約】スーパーチャージャと直列に連続的に配置されたターボチャージャを含む重負荷動作のために構成されたユニフロー掃気を有する２サイクル対向ピストンエンジンの空気処理装置。いくつかの態様では、空気処理システムは、ＥＧＲチャネルを備える。【選択図】図８
2019502868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン（８０、３０２）であって、
１つまたは複数のシリンダー（５０）であって、各シリンダーが、ボア（５２）と、長手方向に分離された排気ポートおよび吸気ポート（５４および５６）と、前記ボア内に対向して移動するように配置された１対のピストン（６０および６２）とを有し、前記ピストン対の第１ピストンの移動が前記排気ポートを制御し、前記ピストン対の前記第２ピストンの移動が前記吸気ポートを制御する、１つまたは複数のシリンダーと、
スーパーチャージャ（３０５）であって、前記吸気ポート（５６）と流体連通して配置され、前記吸気ポート（５６）から前記排気ポート（５４）へ連続的な正圧差を提供し、前記エンジンの２ストローク運転中に前記吸気ポートから前記排気ポートへの一方向のガス流を維持する、スーパーチャージャと
を備え、
第１ターボチャージャ（３１２）および第２ターボチャージャ（３１４）を含むシーケンシャルターボチャージャ（３０６）であって、各ターボチャージャは、タービンおよび圧縮機を含み、前記第１および第２ターボチャージャの前記圧縮機は、前記スーパーチャージャ（３０５）と直列に配置されて、前記第１ターボチャージャ（３１２）の前記圧縮機が前記第２ターボチャージャ（３１４）の前記圧縮機と流体連通し、前記第２ターボチャージャ（３１４）の前記圧縮機が前記スーパーチャージャ（３０５）と流体連通し、前記第１および第２ターボチャージャの前記タービンが前記排気ポート（５４）と直列に配置され、前記第２ターボチャージャ（３１４）の前記タービンが前記排気ポート（５４）と流体連通し、前記第１ターボチャージャ（３１２）の前記タービンが前記第２ターボチャージャ（３１４）の前記タービンと流体連通する、シーケンシャルターボチャージャと、
前記第２ターボチャージャ（３１４）に関連付けられ、前記第２ターボチャージャの前記圧縮機と並列に配置された圧縮機バイパスバルブ（３１６ｃ）であって、第２スーパーチャージャの圧縮機と並列に配置され、前記第１ターボチャージャ（３１２）の前記圧縮機からの加圧空気を前記第２ターボチャージャ（３１４）の前記圧縮機を通過させる閉設定と、前記第１ターボチャージャ（３１２）の前記圧縮機からの加圧空気を、前記第２ターボチャージャ（３１４）の前記圧縮機を通り越して、前記スーパーチャージャ（３０５）の入口に導く開設定とを有する、圧縮機バイパスバルブと、
前記第２ターボチャージャ（３１４）に関連付けられ、前記第２ターボチャージャ（３１４）の前記タービンと並列に配置されたタービンバイパスバルブ（３１６ｔ）であって、前記排気ポート（５４）からの排気ガスを、前記第２ターボチャージャ（３１４）の前記タービンを通過させる閉設定を有し、また前記排気ポート（５４）からの排気ガスを、前記第２ターボチャージャ（３１４）の前記タービンを通り越して前記第１ターボチャージャ（３１２）のタービンに導く開設定を有する、タービンバイパスバルブと、を特徴とする２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン。
【請求項２】
前記第１ターボチャージャが低圧ターボチャージャであり、前記第２ターボチャージャが高圧ターボチャージャである、請求項１に記載の２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン。
【請求項３】
前記第１および第２ターボチャージャの前記圧縮機と、前記吸気ポートに供給する給気を生成するように動作可能な前記スーパーチャージャとの前記直列配置を含む給気チャネル（３２０）と、
前記排気ガスの一部を前記給気チャネルに循環させるように動作可能なＥＧＲループ（４００、５００、６００）と
をさらに含む、請求項２に記載の２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン。
【請求項４】
前記ＥＧＲループが低圧ＥＧＲループ（６００）、中圧ＥＧＲループ（５００）、および高圧ＥＧＲループ（４００）のうちの１つまたは複数を含む、請求項３に記載の２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン。
【請求項５】
前記第１および第２ターボチャージャの前記圧縮機と、前記吸気ポートに供給する給気を生成するように動作可能な前記スーパーチャージャとの前記直列配置を含む給気チャネル（３２０）と、
前記排気ガスの一部を前記給気チャネルに循環させるように動作可能なＥＧＲループ（４００、５００、６００）と
をさらに含む、請求項１に記載の２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン。
【請求項６】
前記ＥＧＲループが、前記シーケンシャルターボチャージャの上流の低圧ＥＧＲループ（６００）と、前記第１ターボチャージャと第２ターボチャージャとの間の中圧ＥＧＲループ（５００）と、前記第２ターボチャージャと前記スーパーチャージャとの間の高圧ＥＧＲループ（４００）のうちの１つまたは複数を含む、請求項５に記載の２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン。
【請求項７】
前記スーパーチャージャの出口を前記スーパーチャージャの入口に結合する再循環チャネル（３１３）と、
前記再循環チャネル内のスーパーチャージャ再循環バルブ（３１１）と
をさらに含む、請求項１に記載の２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン。
【請求項８】
前記第１ターボチャージャが低圧ターボチャージャであり、前記第２ターボチャージャが高圧ターボチャージャである、請求項７に記載の２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン。
【請求項９】
前記第１および第２ターボチャージャの前記圧縮機と、前記吸気ポート（５６）に供給する給気を生成するように動作可能な前記スーパーチャージャとの前記直列配置を含む給気チャネル（３２０）と、
前記排気ガスの一部を前記給気チャネルに循環させるように動作可能なＥＧＲループ（４００、５００、６００）と
をさらに含む、請求項８に記載の２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン。
【請求項１０】
前記ＥＧＲループが低圧ＥＧＲループ（６００）、中圧ＥＧＲループ（５００）、および高圧ＥＧＲループ（４００）のうちの１つまたは複数を含む、請求項９に記載の２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン。
【請求項１１】
前記吸気ポートに供給する給気を生成するための、前記第１および第２ターボチャージャの前記圧縮機と、前記スーパーチャージャとの前記直列配置を含む給気チャネル（３２０）と、
前記排気ガスの一部を前記給気チャネルに循環させるように動作可能なＥＧＲループ（４００、５００、６００）と
をさらに含む、請求項１０に記載の２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン。
【請求項１２】
前記ＥＧＲループが低圧ＥＧＲループ（６００）、中圧ＥＧＲループ（５００）、および高圧ＥＧＲループ（４００）のうちの１つまたは複数を含む、請求項１１に記載の２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン。
【請求項１３】
エンジン速度および吸気ポート圧に応答する、前記圧縮機バイパスバルブ（３１６ｃ）、前記タービンバイパスバルブ（３１６ｔ）および前記スーパーチャージャ再循環バルブ（３１１）の制御設定に結合されたプログラムされたエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）（７４０）をさらに含む、請求項７に記載の２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン。
【請求項１４】
前記第１ターボチャージャが低圧ターボチャージャであり、前記第２ターボチャージャが高圧ターボチャージャである、請求項１３に記載の２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン。
【請求項１５】
前記第１および第２ターボチャージャの前記圧縮機と、前記吸気ポート（５６）に供給する給気を生成するように動作可能な前記スーパーチャージャとの前記直列配置を含む給気チャネル（３２０）と、
前記排気ガスの一部を前記給気チャネルに循環させるように動作可能なＥＧＲループ（４００、５００、６００）と、
をさらに含む、請求項１４に記載の２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン。
【請求項１６】
前記ＥＧＲループが低圧ＥＧＲループ（６００）、中圧ＥＧＲループ（５００）、および高圧ＥＧＲループ（４００）のうちの１つまたは複数を含む、請求項１５に記載の２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン。
【請求項１７】
前記第１ターボチャージャ（３１２）に関連し、前記第１ターボチャージャの前記圧縮機と並列に配置された圧縮機バイパスバルブ（３３０ｃ）であって、空気入口からの加圧されていない新鮮な空気を前記第１ターボチャージャ（３１２）の前記圧縮機を通過させる閉設定と、前記加圧されていない新鮮な空気を前記第１ターボチャージャ（３１２）の前記圧縮機を通り越して導く開設定とを有する、圧縮機バイパスバルブと、
前記第１ターボチャージャ（３１２）に関連し、前記第１ターボチャージャ（３１２）の前記タービンと並列に配置されたタービンバイパスバルブ（３３０ｔ）であって、排気ガスを前記第２ターボチャージャ（３１４）の前記タービンを通過させる閉設定と、排気ガスを前記第１ターボチャージャ（３１２）の前記タービンの前記タービンを通り越して導く開設定とを有する、タービンバイパスバルブと、
をさらに含む、請求項１に記載の２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン。
【請求項１８】
前記吸気ポートに供給する給気を生成するために、前記第１および第２ターボチャージャの前記圧縮機と、前記スーパーチャージャとの前記直列配置を含む給気チャネル（３２０）と
前記排気ポート（５４）から排気を搬送するための前記第１および第２ターボチャージャの前記タービンの前記直列配置を含む排気チャネル（３４０）と、
前記第２ターボチャージャ（３１４）の前記タービンの入口の上流の前記排気チャネルに入口（４０２）を有し、前記第２ターボチャージャ（３１４）の前記圧縮機の下流の前記給気チャネルに出口（４０３）を有するＥＧＲループ（４００）と、
をさらに含む、請求項１７に記載の２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン。
【請求項１９】
前記第１および第２ターボチャージャの前記タービンと、前記第１ターボチャージャ（３１２）の前記タービンの下流の１つまたは複数の後処理装置（３４２）との前記直列配置を含む排気チャネル（３４０）をさらに含む、請求項１、５、７および１７のいずれか一項に記載の２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１５年１２月７日に出願された米国仮特許出願第６２／２６４，０２２号、および２０１６年１月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／２７９，２８４号に基づく優先権を主張する。
【０００２】
本出願は、米国特許出願第２０１４／００２６５６３号として公開された２０１３年９月２７日に出願された所有者が共通の米国特許出願第１４／０３９，８５６号明細書と、２０１４年２月１２日に出願された米国特許出願第６１／９３９，１７０号明細書に基づく優先権を主張する２０１５年２月１１日に出願された所有者が共通のＰＣＴ出願ＵＳ２０１５／０１５３６５とに関連する主題を含む。
【０００３】
本分野は、２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジンである。より具体的には、本出願は、最小限のポンピングロスで給気の可変流量を提供するための、スーパーチャージャと直列に設けられたターボチャージャの多段配置による対向ピストンエンジンの空気処理に関する。
【背景技術】
【０００４】
２サイクルエンジンは、クランクシャフトの単一の完全な回転とクランクシャフトに接続されたピストンの２ストロークで動作サイクルを完了する内燃機関である。ストロークは、典型的には、圧縮および出力行程として示される。２サイクルエンジンの一例は、対向方向の往復運動のために２つのピストンがシリンダーのボア内で頭を付き合わせて配置される対向ピストンエンジンである。シリンダーは、シリンダーの各端部近くのシリンダー側壁に形成された長手方向に間隔を置いて配置された吸気ポートおよび排気ポートを有する。対向するピストンの各々は、ポートのそれぞれの１つを制御し、出力行程（膨張行程とも呼ばれる）の間にポートが下死点（ＢＤＣ）位置に向かって移動するとポートを開き、圧縮行程の間にポートがＢＤＣから上死点（ＴＤＣ）に向かって移動するとポートを閉じる。ポートの１つは、ボアからの燃焼生成物用の通路を提供し、他のポートは、ボア内へ給気を供給し、これらはそれぞれ「排気」口および「吸気」口と呼ばれる。ユニフロー掃気対向ピストンエンジンでは、吸気ポートを通ってシリンダーに入る給気は、排気ポートから流出する排気ガスを移動させるため、ガスはシリンダーを通って、吸気ポートから排気ポートへの一方向（「ユニフロー」）に流れる。
【０００５】
給気、排気生成物、およびそれらの混合物を含むガスは、空気処理システムを介してエンジンのシリンダーを通って搬送される。空気処理システムは、燃焼によって生成される望ましくない化合物を低減するために排気ガス再循環（「ＥＧＲ」）用に装備されてもよい。エンジンが循環するにつれて、空気処理制御機構は、エンジン動作条件およびオペレータコマンドに応答して空気処理システムを作動させることによってガス流を制御する。
【０００６】
２ストロークユニフロー掃気対向ピストンエンジンでは、シリンダー内の所望の一方向のガス流を維持するために、吸気ポートから排気ポートまで連続的な正差圧が存在しなければならない。さらに、開いている時間が短いため、高い空気質量密度が吸気ポートに供給されなければならず、この必要性は、エンジン始動および加速中に特に深刻である。典型的には、これらの必要性は、エンジンの吸気ポートのすぐ上流の、給気チャネルに高速作用の容積型ポンプを設けることによって満たされる。この役割は、通常、ベルト、チェーン、ギヤなどの直接接続、またはシングルスピード、マルチスピード、または連続可変駆動のいずれかによって、エンジンクランクシャフトから機械的に駆動されるスーパーチャージャ（またはブロワ）によって満たされる。多くの場合、スーパーチャージャに供給される吸気の密度を高めるために、排気エネルギーにより動力を与えられるターボチャージャがスーパーチャージャの前方（上流）に配置される。
【０００７】
２サイクル対向ピストンエンジンは、４ストロークのものと比較して優れた出力密度およびブレーキ熱効率を提供する。現在まで、これらのエンジンは、据え置き用途、航空機、海洋船舶、機関車、および装軌式軍用車両において首尾よく使用されてきた。
【０００８】
現代の高負荷車両において対向ピストンエンジンを使用することによって同様の利益を達成することが望ましい。高負荷車両は、米国では、連邦規制によると、８，５００ポンド（約３，８５６ｋｇ）より重いＧＶＷＲ（定格車両総重量、ｇｒｏｓｓ  ｖｅｈｉｃｌｅ  ｗｅｉｇｈｔ  ｒａｔｉｎｇ）の車両として、またカリフォルニア州では１４，０００ポンド（約６，３５０ｋｇ）より重い重量の車両として定義されている場合がある。同様の定義および分類が、他の国で高負荷車両の定義に用いられている。トラックおよびバスは高負荷車両の例である。本開示では、高負荷車両に動力を供給するように設計および／または構築された対向ピストンエンジンは、「高負荷」対向ピストンエンジンと呼ばれる。高負荷対向ピストンエンジンは、高負荷車両の運転中に遭遇する通常の条件において、特定の効率および排出基準下で十分な出力を供給できなければならない。
【０００９】
Ｃｏｍｍｅｒ  ＴＳ３エンジンは、中負荷商用トラックへの対向ピストンエンジン設計の１つの成功した用途を表している。ＴＳ３エンジンの空気処理構成はターボ過給型ではなかったが、エンジンに高速で空気を供給する３ローブ、クランクシャフト駆動のルーツ式ブロワを使用するスーパーチャージャ付きであった。モデルによって、ＴＳ３エンジンの排気量は３．２６〜３．５２リットルで変化し、出力は７８．３〜１０７．４ＫＷに変化した。ＰｉｒａｕｌｔとＦｌｉｎｔによると、ＴＳ３は、「当時の自然吸気の４ストロークディーゼルトラックエンジンの同等の排気量よりも、およそ５０％超の大きなトルク」を出力するほど強力であった（ＯＰＰＯＳＥＤ  ＰＩＳＴＯＮ  ＥＮＧＩＮＥＳ、Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ、Ｕｓｅ  ａｎｄ  Ｆｕｔｕｒｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、  Ｊ−Ｐ．  Ｐｉｒａｕｌｔ  ａｎｄ  Ｍ．  Ｆｌｉｎｔ著、ＳＡＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、Ｗａｒｒｅｎｄａｌｅ  Ｐａ．、２０１０、ｐ．１４４）。
【００１０】
大排気量および高出力定格の２サイクルエンジンには、大量の高密度空気を汲み出すことのできる空気処理システムを装備する必要がある。高負荷対向ピストンエンジンの空気処理システムは、高負荷で低エンジン速度から加速するとき、または急斜面の丘に遭遇するときのように、エンジンがトルク要求の急な増加を経験するときに、望ましい掃気比（Ｍｔｒａｐｐｅｄ／Ｍｄｅｌｉｖｅｒｅｄ）および高いブレーキ熱効率を維持できることが望ましい。スーパーチャージャは、通常、掃気比を維持するのに十分な速さで給気をエンジン吸気ポートに迅速に移動させるために使用されるが、長期間激しく動作するとポンピングロスが増加し、エンジンのブレーキ熱効率が低下する。
【００１１】
過剰なポンピングロスを発生させることなく、高負荷２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジンの増強要求を満たすために、スーパーチャージャと直列に配置されたシーケンシャルターボチャージャによって、空気処理システム内のスーパーチャージャへの依存を低減することが望ましい。
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、エンジンの１つまたは複数の吸気ポートと流体連通するスーパーチャージャと、スーパーチャージャと直列のシーケンシャルターボチャージャとを含む２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジンの空気処理システムに関する。シーケンシャルターボチャージャは、低圧運転用の第１段と、高圧運転用の第２段と、第２段を係合または解放する少なくとも１つのバルブ制御バイパス回路とを含む。いくつかの例では、第２バルブ制御バイパス回路を設けて、第１段を連結または解放することができる。シーケンシャルターボチャージャは、エンジン運転中に必要に応じて圧縮給気をスーパーチャージャに供給する。通常および過渡的なエンジン動作条件では、第１段が作動している間は第２段をバイパスすることができる。高圧比が必要な場合、第２段が係合され、それにより、給気圧縮のさらなる段が追加され、スーパーチャージャに投入される給気の圧力が増加し、それにより、給気質量が吸気ポートに送られる（Ｍｄｅｌｉｖｅｒｅｄ）。
【００１３】
いくつかの態様では、空気処理システムは、ＥＧＲループを含むことができる。いくつかのさらなる態様では、ＥＧＲループは、シーケンシャルターボチャージャの上流の低圧ＥＧＲループと、第１ターボチャージャ段と第２ターボチャージャ段との間の中圧ＥＧＲループと、第２段とスーパーチャージャとの間の高圧ＥＧＲループのうちの１つを含んでもよい。さらに、空気処理システムは、低圧ＥＧＲループ、中圧ＥＧＲループ、および高圧ＥＧＲループのうちの１つまたは複数を備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
以下に説明する図面は、本発明の原理および実施例を説明することを意図している。それらは限定することを意図するものではなく、必ずしも一定の縮尺ではない。
【００１５】
【図１】ユニフロー掃気を伴う先行技術の２サイクル対向ピストンエンジンの概略図であり、「先行技術」と適切に表示されている。
【００１６】
【図２】対向ピストンエンジンの先行技術の空気処理システムの詳細を示す概略図であり、「先行技術」と適切に表示されている。
【００１７】
【図３】第１の実施形態による２サイクル対向ピストンエンジンの空気処理システムの詳細を示す概略図である。
【００１８】
【図４】第２の実施形態による２サイクル対向ピストンエンジンの空気処理システムの詳細を示す概略図である。
【００１９】
【図５】第３の実施形態による２サイクル対向ピストンエンジンの空気処理システムの詳細を示す概略図である。
【００２０】
【図６】第４の実施形態による２サイクル対向ピストンエンジンの空気処理システムの詳細を示す概略図である。
【００２１】
【図７】第５の実施形態による２サイクル対向ピストンエンジンの空気処理システムの詳細を示す概略図である。
【００２２】
【図８】本発明による空気処理システムの制御機構の詳細を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本開示では、「燃料」は対向ピストンエンジンで使用できる任意の燃料である。燃料は、比較的均質な組成物またはブレンドであってもよい。例えば、燃料は、ディーゼル燃料、天然ガス、ガソリン、または圧縮、パイロット、および／または火花点火によって点火可能な別の同等の燃料を含むことができる。さらに、説明は、空気／燃料混合物の圧縮に起因する点火を考慮するが、いくつかの例では、圧縮点火を支援するグロープラグ、点火プラグ、パイロット噴射、またはレーザ回路などの追加の機構を設けることが望ましい場合がある。
【００２４】
本開示によれば、ピストンがＴＤＣ位置にあるかまたはＴＤＣ位置に近い場合、燃料は、対向するピストンの端面の間に形成された燃焼室で圧縮空気に噴射される。他の態様では、両方のポートが閉鎖された直後に圧縮行程の早期に噴射が行われてもよい。空気は、加圧された周囲空気であることが好ましいが、排気ガスまたは他の希釈剤などの他の成分を含んでいてもよい。このようなどのような場合でも、吸気ポートに供給される加圧空気を「給気」と呼ぶ。
【００２５】
本開示によれば、対向ピストンエンジンには、エンジン制御機構、すなわち、関連するセンサー、アクチュエータ、ならびに空気処理システム、燃料システム、冷却システム、潤滑システム、および他のエンジンシステムを含む様々なエンジンシステムの動作を管理するエンジン全体の他の機械装置に結合された１つまたは複数の電子制御ユニットを含むコンピュータベースシステムが設けられる。空気処理システムを管理するエンジン制御要素を集合的に「空気処理制御機構」と呼ぶ。
【００２６】
対向ピストン構造および動作：
図１および図２は、ユニフロー掃気を伴う先行技術のターボ過給型２サイクル対向ピストンエンジン１０を示す。エンジン１０は、少なくとも１つのポート付きシリンダー５０を有する。例えば、エンジンは、１つのポート付きシリンダー、２つのポート付きシリンダー、３つのポート付きシリンダー、または４つ以上のポート付きシリンダーを有することができる。各ポート付きシリンダー５０は、ボア５２と、シリンダー側壁の各端部近くに形成された、または機械加工された、長手方向に離間した排気ポート５４および吸気ポート５６とを有する。排気ポート５４および吸気ポート５６のそれぞれは、隣接する開口部が「ブリッジ」と呼ばれるシリンダー側壁の中実の部分によって分離された１つまたは複数の円周の開口部アレイを含む。いくつかの説明では、各開口部を「ポート」と呼ぶが、このような「ポート」の円周のアレイの構成は、図１に示すポート構造と変わらない。ピストン６０および６２は、その端面６１および６３が互いに対向して、ボア５２内に摺動可能に配置される。ピストン６０は排気ポート５４を制御し、ピストン６２は吸気ポート５６を制御する。図示の例では、エンジン１０は、少なくとも１つのクランクシャフトをさらに含み、好ましくは、エンジンは、２つのクランクシャフト７１および７２を含む。図示の例では、エンジンの排気ピストン６０がクランクシャフト７１に結合され、吸気ピストン６２がクランクシャフト７２に結合されている。
【００２７】
ピストン６０および６２がＴＤＣに近づくと、ピストンの端面６１と６３との間のボア５２内に燃焼室が画定される。燃焼タイミングには、最小の燃焼チャンバ容積が生じる圧縮サイクルのポイントが頻繁に参照され、この点を「最小容積」と呼ぶ。燃料は、端面６１と６３との間に位置するシリンダー空間に直接噴射される。いくつかの例では、噴射は最小容積またはそれに近い容積で起こり、他の例では、噴射は最小容積よりも先に行われてもよい。燃料は、シリンダー５０の側壁を通るそれぞれの開口部に配置された燃料噴射ノズル６８および７０を介して噴射される。好ましくは、燃料噴射ノズル６８および７０は、ボア５２の対向する半径方向に燃料のそれぞれの噴霧を噴射するように配置される。燃料は、吸気ポート５６を通ってボア５２内に流入した給気と混合する。混合気が端面６１と６３との間で圧縮されると、圧縮空気は燃料を点火させる温度に達し、続いて燃焼が起こる。
【００２８】
エンジン１０は、エンジン１０に供給される給気と、エンジン１０によって生成される排気ガスの搬送を管理する空気処理システム８０を含む。代表的な空気処理システム構成は、給気チャネル（流路）と排気チャネル（流路）とを含む。空気処理システム８０では、給気源が入口空気を受け取り、処理して給気にする。給気チャネルは、給気を受け取り、給気をエンジンの少なくとも１つの吸気ポートに運ぶ。排気チャネルは、他の排気部品への供給のために、エンジンの少なくとも１つの排気ポートから排気生成物を運ぶ。
【００２９】
空気処理システム８０は、共通のシャフト１２３上で回転するタービン１２１と圧縮機１２２とを有するターボチャージャ１２０を含む。タービン１２１は排気サブシステムと流体連通し、圧縮機１２２は給気サブシステムと流体連通する。ターボチャージャ１２０は、排気ポート５４から出て、排気ポート５４を通って排出される排気ガスを集める排気マニホールド、プレナム、またはチェスト１２５（便宜上、集合的に「排気マニホールド」）から排気チャネル１２４に流れる排気ガスからエネルギーを抽出する。これに関して、タービン１２１は、それを通過し、排気出口チャネル１２８に進む排気ガスによって回転される。これは圧縮機１２２を回転させ、新鮮な空気を圧縮することによって給気を発生させる。給気チャネル１２６は、圧縮機、スーパーチャージャ１１０、および吸気マニホールド、プレナム、またはチェスト１３０（便宜上、集合的に「吸気マニホールド」という）を含む。給気チャネルは、エンジンの吸気ポートに送る前に給気を受け入れて冷却するための少なくとも１つの給気冷却器（以下、「冷却器」という）をさらに含んでもよい。圧縮機１２２によって出力された給気は、給気チャネル１２６を通って冷却器１２７に流れ、そこでスーパーチャージャ１１０によって吸気ポートに圧送される。スーパーチャージャ１１０によって圧縮された給気は吸気マニホールド１３０に出力される。吸気ポート５６は、吸気マニホールド１３０を介して、スーパーチャージャ１１０によって圧送された給気を受ける。スーパーチャージャ１１０の出力と吸気マニホールド１３０への入力との間に第２冷却器１２９を設けてもよい。
【００３０】
いくつかの態様では、空気処理システム８０は、燃焼によって生成された排気ガスの一部を、エンジンのポート付きシリンダーを通して再循環させることによって、燃焼によって生成されるＮＯｘ排出物を低減するように装備されてもよい。再循環排気ガスは、ピーク燃焼温度を低下させるために給気と混合され、ＮＯｘの生成を減少させる。このプロセスは、排気ガス再循環（「ＥＧＲ」）と呼ばれる。示されたＥＧＲ構成は、掃気の間にポート５４から流れる排気ガスの一部を得て、シリンダーの外部のＥＧＲチャネル１３１を介して、給気サブシステム内の吸気流入流にそれらを搬送する。再循環排気ガスは、バルブ１３８（このバルブは「ＥＧＲバルブ」とも呼ばれる）の制御下でＥＧＲチャネル１３１を流れる。
【００３１】
図２は、空気処理システム８０をより詳細に示す。これに関して、給気サブシステムは、空気フィルタ１５０を介して圧縮機１２２に空気を供給する。圧縮機１２２が回転すると、圧縮空気が圧縮機の出口から、給気チャネル１２６を通って、スーパーチャージャ１１０の入口１５１に流入する。スーパーチャージャ１１０によって圧送された給気は、スーパーチャージャの出口１５２を通って吸気マニホールド１３０に流入する。加圧給気は吸気マニホールド１３０からエンジンブロック１６０内に支持されたシリンダー５０の吸気ポートに供給される。第２冷却器１２９は、スーパーチャージャ１１０の出力と吸気マニホールド１３０との間に直列に、給気サブシステム内に設けられてもよい。
【００３２】
シリンダー５０の排気ポートからの排気ガスは、排気マニホールド１２５からタービン１２１の入口に流入し、タービン出口から排気出口チャネル１２８に流入する。いくつかの例では、１つまたは複数の後処理装置１６２が排気チャネル１２８内に設けられる。排気は、排気マニホールド１２５とタービン１２１への入力との間の点でチャネル１２４からの排気を得る高圧ＥＧＲチャネル１３１を介して再循環することができ、新鮮な給気と混合するための排気を、圧縮機１２２の出力とスーパーチャージャ入力１５１との間の点に供給する。これに代えて（または追加的に）、排気は、排気出口１２８とタービン１２１の出力との間の点で排気を得る低圧ＥＧＲチャネル１３１ＬＰを介して再循環することができ、入力の上流で新鮮な給気と混合するための排気を圧縮機１２２に供給する。空気処理システムが高圧ＥＧＲチャネルを含むと仮定すると、マニホールド１２５から流出する排気の一部は、ＥＧＲバルブ１３８の制御下で、ＥＧＲチャネル１３１を通って再循環される。ＥＧＲチャネル１３１は、ＥＧＲミキサー１６３を介して給気サブシステムに結合される。いくつかの例では、必ずしも必要ではないが、ＥＧＲ冷却器１６４が、ＥＧＲバルブ１３８とＥＧＲミキサー１６３との間に直列に、ＥＧＲチャネル１３１内に設けられる。他の例では、ＥＧＲチャネル１３１内に冷却器がなくてもよい。図２に示すように、低圧ＥＧＲチャネルも同様に構築することができる。
【００３３】
空気処理システム８０は、給気および排気サブシステム内の別個の制御点で、ガス流の制御のために装備されている。給気チャネルでは、給気流および過給圧は、スーパーチャージャの出口１５２をスーパーチャージャの入口１５１に結合する再循環チャネル１６５の動作によって制御される。場合によっては、チャネル１６５は、「バイパスチャネル（ｂｙｐａｓｓ  ｃｈａｎｎｅｌ）」または「シャントチャネル（ｓｈｕｎｔ  ｃｈａｎｎｅｌ）」と呼ばれてもよい。再循環チャネル１６５は、再循環バルブ１６６の設定に従って、スーパーチャージャの出口１５２から入口１５１への給気流を分流する。再循環チャネルは、吸気マニホールド１３０内への給気の流れを制御し、それにより吸気マニホールド１３０内の圧力を制御することを可能にする。空気処理システム内の他の制御点に他のバルブを設けてもよい。このような他のバルブには、限定するものではないが、タービンに関連する背圧およびウェイストゲートバルブ、冷却器に関連するバイパスバルブ、および場合によっては他のバルブが含まれ得る。
【００３４】
いくつかの例では、可変速スーパーチャージャおよび／または可変形状タービンによって、ガス流（および圧力）の追加の制御が提供される。したがって、いくつかの態様では、スーパーチャージャ１１０は、クランクシャフトまたはエンジンの別の回転要素の１つに駆動機構（「駆動装置」）によって結合され、それによって駆動されてもよい。駆動装置は、クラッチを備えた単一速度変速機、段階的変速機、または無段変速機（ＣＶＴ）装置を含むことができ、その場合、給気流および過給圧は、スーパーチャージャの速度を変化させることによって、変化してもよい。他の例では、スーパーチャージャは、クラッチの有無にかかわらず単一速度の装置であってもよい。タービンが可変形状装置であるこれらの態様では、エンジンの変化する速度および負荷に応じて変化し得る有効開口サイズを有する。
【００３５】
高負荷対向ピストンエンジンにおける空気処理：
本発明は、主に対向ピストンエンジンにおける空気処理システムの態様に関し、これらの態様は、対向ピストンエンジンにおける燃料噴射、冷却、潤滑、車載診断などの他のシステムおよび機能と組み合わせることができることを理解されたい。
【００３６】
スーパーチャージャが過給圧を提供し、エンジン動作中にユニフロー掃気を駆動する高負荷２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジンの空気処理システムが、図３〜図７に示される実施形態によって示されており、図２による空気処理システムは、本開示に従って変更される。
【００３７】
これらの実施形態では、２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジンは、ボアと、長手方向に分離された排気ポートおよび吸気ポートと、ボア内に対向して移動するように配置された１対のピストンとを有する少なくとも１つのシリンダーを含み、ピストン対の第１ピストンの移動が排気ポートを制御し、ピストン対の第２ピストンの移動が吸気ポートを制御する。スーパーチャージャはエンジンの吸気ポートと流体連通して配置され、吸気ポートから排気ポートへ連続的な正圧差を提供し、エンジンの２ストローク運転中に吸気ポートから排気ポートへの一方向のガス流を維持する。多段ターボチャージャ装置（時には「シーケンシャルターボチャージャ」と呼ばれることもある）は、直列に配置された少なくとも２つのターボチャージャを含む。各ターボチャージャは、共通のシャフト上で回転するタービンおよび圧縮機を含む。ターボチャージャの圧縮機は、第１ターボチャージャの圧縮機出口が第２ターボチャージャの圧縮機入口と流体連通し、第２ターボチャージャの圧縮機出口がスーパーチャージャの入口と流体連通するように、スーパーチャージャと直列に配置される。第１および第２ターボチャージャのタービンは、第２ターボチャージャのタービン入口が排気ポートと流体連通し、第１ターボチャージャのタービン入口が、第２ターボチャージャのタービン出口に接続されるように、エンジンの排気ポートと直列に配置される。
【００３８】
各実施形態では、空気処理システムは、１つまたは複数のシリンダー吸気ポートに結合された出口と、スーパーチャージャの吸気に圧縮空気を提供するための１つまたは複数のターボチャージャとを有するスーパーチャージャを含む質量空気チャネル（「給気チャネル」と呼ばれる）で構成される。いくつかの実施形態は、ＥＧＲループをさらに含む。
【００３９】
第１の空気処理実施形態：
本発明による第１の空気処理の実施形態を図３に示す。この実施形態は、２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジン３０２を含む。エンジン３０２は、図１および図８のシリンダー５０のように、１つまたは複数のシリンダーを含む。燃料、冷却液、および潤滑剤は、エンジンに供給されるが、そのためのシステムは図示されていない。エンジン３０２には空気処理システム３００が装備される。空気処理システム３００は、新鮮な空気をエンジン３０２に送り、エンジン３０２から排出する。空気処理システム３００は、エンジン３０２の１つまたは複数の吸気ポート（図示せず）と流体連通するスーパーチャージャ３０５と、スーパーチャージャ３０５と直列のシーケンシャルターボチャージャ３０６とを含む。
【００４０】
スーパーチャージャ３０５は、入口３０７および出口３０９を含む。望ましくは、出口３０９は、給気がエンジン３０１の吸気マニホールド（図示せず）に供給される給気冷却器（ＣＡＣ）３１０に結合される。スーパーチャージャ３０５は、エンジン３０２のクランクシャフトによって駆動される容積式装置であり、いくつかの態様では、スーパーチャージャは、クランクシャフトに直接的にまたは間接的に結合されたスーパーチャージャ駆動装置３１５によって作動される。好ましくは、駆動装置３１５は、駆動装置をクランクシャフトに結合し、クランクシャフトから駆動装置を切り離すクラッチ機構を含むか、または関連付けられる。ダイブがクランクシャフトに結合されると、スーパーチャージャが作動して、シーケンシャルターボチャージャ３０６によって生成された加圧された給気の流れを吸気ポート５６に加速（昇圧する）する。一方、駆動装置が切り離される場合、スーパーチャージャはクランクシャフトによって駆動されなくなる。スーパーチャージャ再循環（ＳＣ  ＲＥＣＩＲＣ）バルブ３１１を含むスーパーチャージャ再循環チャネル３１３がスーパーチャージャ３０５の入口３０７と出口３０９との間に接続される。スーパーチャージャ３０５が駆動される場合、バルブ３１１を開くことにより、加圧された給気がスーパーチャージャの出口から入口に再循環され、これにより昇圧の調整が可能になる。スーパーチャージャが駆動されない場合、バルブ３１１を開くことにより、加圧された給気がスーパーチャージャをバイパスして吸気ポート５６に流入する。
【００４１】
シーケンシャルターボチャージャ３０６は、低圧運転用の第１段ターボチャージャ３１２と、高圧運転用の第２段ターボチャージャ３１４と、第２段ターボチャージャ３１４を係合または解放するバルブ制御バイパス回路３１６とを含む。第１段ターボチャージャ３１２は、共通のシャフト上で回転する低圧圧縮機および低圧タービンを含む。第２段ターボチャージャ３１４は、共通のシャフト上で回転する高圧圧縮機および高圧タービンを含む。場合によっては、第１段ターボチャージャおよび第２段ターボチャージャは、それぞれ「大型」および「小型」ターボチャージャと呼ばれる。バルブ制御バイパス回路３１６は、高圧圧縮機の入口と出口との間に接続された圧縮機（ＣＯＭＰ）バイパスバルブ３１６ｃと、高圧タービンの入口と出口との間に接続されたタービン（ＴＵＲＢＯ）バイパスバルブ３１６ｔとを含む。
【００４２】
第１の空気処理の実施形態は、低圧圧縮機、高圧圧縮機、およびスーパーチャージャ３０５を含む給気チャネル３２０を含む。加圧されていない新鮮な空気は、空気入口を介して給気チャネルに入り、空気フィルタ３２２を通って低圧圧縮機の入口に流れる。低圧圧縮機の出口は、高圧圧縮機の入口に結合される。いくつかの態様では、給気チャネル３２０は、低圧圧縮機の出口と高圧圧縮機の入口との間に配置された給気冷却器（ＣＡＣ）３２３を含む。これらの場合、圧縮機バイパスバルブ３１６ｃは、ＣＡＣ３２３の入口と高圧圧縮機の出口との間に接続される。給気チャネル３２０では、高圧圧縮機の出口がスーパーチャージャ３０５の入口３０７に結合される。いくつかの態様では、給気チャネル３２０は、高圧圧縮機の出口とスーパーチャージャ３０５の入口３０７との間に配置されたＣＡＣ３２５を含む。エンジン３０２内の燃焼用の加圧給気は、スーパーチャージャ３０５の出口３０９から吸気マニホールド（図示せず）を通ってエンジンの給気口に流れる。
【００４３】
第１の空気処理の実施形態は、低圧タービンおよび高圧タービンを含む排気チャネル３４０を含む。高圧タービンの出口は、低圧タービンの入口に結合される。低圧タービンの出口は、排気が大気に排出される排気出口に結合される。いくつかの例では、排気チャネルは、低圧タービンの出口に結合された、第１ターボチャージャ３１２の下流にある１つまたは複数の後処理装置３４２を含むことができる。エンジン３０２における燃焼によって生成された排気ガスは、排気マニホルド（図示せず）から高圧タービンの入口へと排気チャネル３４０に流入する。排気チャネル２４０を流れる排気ガスは、低圧および高圧タービンを駆動する。
【００４４】
追加の実施形態：
場合によっては、図３の空気処理システムは、エンジンによって生成された排気ガスの一部を給気チャネルに循環させるように動作可能な排気ガス再循環（ＥＧＲ）ループを装備してもよい。この点に関して、本発明による第２、第３、第４および第５の空気処理の実施形態の各々は、図３に示すようなＥＧＲループを有する給気および排気チャネルを含む。いずれの場合においても、ＥＧＲループは、排気チャネル３４０に接続された入口と、給気チャネル３２０に接続された出口と、ＥＧＲループ入口とＥＧＲループ出口との間のＥＧＲバルブとを含む。
【００４５】
図４に示す第２の実施形態では、高圧ＥＧＲループ４００は、ループ入口４０２と、ループ出口４０３と、ループ入口とループ出口との間のＥＧＲバルブ４０５とを含む。ループ入口４０２は、第２ターボチャージャ３１４のタービンの上流の、エンジン３０２のマニホールド出口とタービンバイパスバルブ３１６ｔとの間の排気チャネル３４０に結合される。ループ出口４０３は、第２ターボチャージャ３１４の圧縮機の下流の、圧縮機バイパスバルブ３１６ｃとＣＡＣ３２５の入口との間の給気チャネル３２０に結合される。
【００４６】
図５に示す第３の実施形態では、中圧ＥＧＲループ５００は、ループ入口５０２と、ループ出口５０３と、ループ入口とループ出口との間のＥＧＲバルブ５０５とを含む。ループ入口５０２は、タービンバイパスバルブ３１６ｔと低圧タービンの入口との間の排気チャネル３４０に結合される。ループ出口５０３は、ＣＡＣ３２３の入口と低圧圧縮機の出口との間の給気チャネル３２０に結合される。さらに、再循環された排気を冷却することが望ましいため、ＣＡＣ３２３は、この目的のために連続的に利用でき、その場合、高圧圧縮機がバイパスされるとＣＡＣ３２５は冗長になる。この場合、圧縮機バイパスバルブ３１６ｃは、高圧圧縮機の入口とＣＡＣ３２５の出口との間に接続される。
【００４７】
図６に示す第４の実施形態では、低圧ＥＧＲループ６００は、ループ入口６０２と、ループ出口６０３と、入口と出口との間のＥＧＲバルブ６０５と、ＥＧＲバルブ６０５の下流のＥＧＲ冷却器６０７とを含む。ループ入口６０２は、低圧タービンの出口の下流の排気チャネル３４０に結合される。排気チャネル３４０が後処理装置３４２を含む場合、ループ入口６０２は、低圧タービンの出口と後処理装置３４２との間の排気チャネル３４０に結合される。ループ出口６０３は、低圧圧縮機の入口の上流の給気チャネル３２０に結合される。給気チャネル３２０が空気フィルタ３２２を含む場合、ループ出口６０３は、低圧圧縮機の入口と空気フィルタとの間の給気チャネル３２０に結合される。ＥＧＲバルブ６０５は、ループ入口６０２とＥＧＲ冷却器６０７との間のＥＧＲループ６００内に配置される。この実施形態では、圧縮機バイパスバルブ３１６ｃは、図３および図４に示すようにＣＡＣ３２３および高圧圧縮機、または図５および図６に示すように高圧圧縮機およびＣＡＣ３２５をバイパスするように接続されてもよい。
【００４８】
図７に示す第５の実施形態は、図４に示す第２の実施形態の変形例である。この実施形態では、第１段ターボチャージャを係合または解放するために、第２バルブ制御バイパス回路３３０が設けられる。第２バイパス回路３３０は、第１ターボチャージャ（３１２）に関連し、第１ターボチャージャの圧縮機と並列に配置された圧縮機（ＣＯＭＰ）バイパスバルブ３３０ｃを含む。圧縮機バイパスバルブ（３３０ｃ）は、空気入口からの加圧されていない新鮮な空気を第１ターボチャージャ（３１２）の圧縮機を通過させる閉設定と、加圧されていない新鮮な空気を圧縮機を通り越して導く開設定とを有する。好ましい実施形態では、圧縮機バイパスバルブ（３３０ｃ）は、低圧圧縮機の入口と給気冷却器３２３の出口との間に接続される。この実施形態では、ＣＯＭＰバイパスバルブ３１６ｃは、高圧圧縮機の入口と出口との間に接続される。
【００４９】
第２バイパス回路３３０は、第１ターボチャージャ（３１２）に関連し、第１ターボチャージャ（３１２）のタービンと並列に配置されたタービン（ＴＵＲＢＯ）バイパスバルブ３３０ｔをさらに含む。タービンバイパスバルブ（３３０ｔ）は、排気ガスを第２ターボチャージャ（３１４）のタービンを通過させる閉設定と、排気ガスを第１ターボチャージャ（３１２）のタービンのタービンを通り越して導く開設定とを有する。タービンバイパスバルブ（３３０ｔ）は、低圧タービンの入口と出口との間に接続されている。
【００５０】
第５の実施形態は、再循環排気が高圧ＥＧＲループ４００を介して送られ、高圧タービンが可変形状（ＶＧＴ）タービン装置である場合に特に有用であり、追加のバイパス回路３３０は、特定のエンジン動作点で所望の掃気比を達成し、同時にピークシリンダー圧力限界を下回るようにすることができる。
【００５１】
空気処理制御機構：
図８に示すように、空気処理システム３００のガス搬送構成の制御は、プログラムされたＥＣＵ（エンジン制御ユニット）７４０、ＥＣＵ上で実行される空気処理アルゴリズム、空気処理バルブ３１１、３１６ｃ、３１６ｔ、３３０ｃ、および３３０ｔ、ならびにエンジンセンサーを含む制御機構により実現される。いくつかの態様では、空気処理制御機構は、スーパーチャージャ駆動装置３１５、および可能であれば、低圧タービンおよび高圧タービンの形状を制御する他の駆動装置をさらに含むことができる。空気処理システムの制御は、空気処理バルブの設定を変更することによって行なわれる。これに関して、例えば、再循環バルブ３１１は、ＥＣＵ７４０がスーパーチャージャ３０５を通る給気の流れを制御できるように、スーパーチャージャに関連付けられている。スーパーチャージャ再循環バルブ３１１は、スーパーチャージャ３０５によって生成された加圧された給気を、出口３０９を入口３０７に接続する再循環チャネル３１３を介してガス抜きし、エンジン３０２の吸気ポート５６における給気圧を調整し、サージを減衰させる。圧縮機バイパスバルブ３１６ｃおよびタービンバイパスバルブ３１６ｔは、ＥＣＵ７４０がエンジントルクの要求の突然の増加に応答して昇圧するために、必要に応じてスーパーチャージャに供給される給気の質量を制御することを可能にする第２段ターボチャージャ３１４に関連付けられ、図７の第５の実施形態では、圧縮機バイパスバルブ３３０ｃおよびタービンバイパスバルブ３３０ｔによって追加の制御が提供される。
【００５２】
圧縮機バイパスバルブ３１６ｃは、第２ターボチャージャ３１４の圧縮機と並列に配置され、第１ターボチャージャ３１２の圧縮機からの加圧空気を第２ターボチャージャ３１４の圧縮機を通過させる閉設定と、第１ターボチャージャ３１２の圧縮機からの加圧空気を、第２ターボチャージャ３１４の圧縮機を通り越して、スーパーチャージャ３０５の入口３０７に導く開設定とを有する（第３および第４の実施形態のように直接か、または第１および第２の実施形態のようにＣＡＣ３２５を介するかのいずれか）。
【００５３】
タービンバイパスバルブ３１６ｔは、第２ターボチャージャ３１４のタービンと並列に配置され、エンジンの排気ポートからの排気ガスを、第２ターボチャージャ３１４のタービンを通過させる閉設定を有し、また排気ポート５６からの排気ガスを、第２ターボチャージャ３１４のタービンを通り越して第１ターボチャージャ３１２のタービンに導く開設定を有する。
【００５４】
図７に示す第５の実施形態では、圧縮機バイパスバルブ３３０ｃは、第１ターボチャージャ３１２の圧縮機および給気冷却器３２３と並列に配置され、周囲環境からの新鮮な空気を第１のターボチャージャ３１２の圧縮機を通過させる閉設定と、周囲環境からの新鮮な空気を第２のターボチャージャ３１４の圧縮機入口に導く開設定とを有する。タービンバイパスバルブ３３０ｔは、第１ターボチャージャ３１２のタービンと並列に配置され、排気ガスを第１ターボチャージャ３１２のタービンを通過させる閉設定を有し、また排気ガスを第２ターボチャージャ３１のタービンを通り越して後処理装置３４２に導く開設定を有する。
【００５５】
高速かつ精密な自動運転のために、これらおよび他の空気処理バルブは、段階的または連続的に可変の設定を有する高速コンピュータ制御装置であることが好ましい。ＥＣＵ７４０は、ＥＣＵが発する制御信号に応答して空気処理バルブを作動させるアクチュエータ（図示せず）と制御的に通信する。
【００５６】
ＥＣＵ７４０は、様々なセンサーを介して空気処理システムの動作状態を監視する。これに関して、例えば、スーパーチャージャの入り口および出口給気圧は、ガス圧センサーで測定することができる。給気サブシステムへの空気質量流量は、低圧圧縮機の上流の質量空気流量（ＭＡＦ）センサーによって測定することができ、ＥＧＲチャネルの排気質量流量は、ＥＧＲバルブの下流のセンサーによって測定することができ、スーパーチャージャ入口におけるガス温度は、ガス温度センサーによって測定することができる。具体的には、ＥＣＵ７４０は、ガス圧力センサーＰによって、吸気マニホールド１３０での給気圧を検出する。さらに、ＥＣＵ７４０は、エンジンのクランクシャフトの１つに係合する速度センサー７４９によって、エンジン速度およびクランクシャフト角度（ＣＡ）を検出する。いくつかの要因を用いて、ＥＣＵ７４０はエンジン負荷を計算する。エンジン負荷の要因は、例えば、燃料流量、アクセル／スロットル位置、エンジン速度、環境条件、および場合によっては他の要因を含むことができる。プログラムされた制御モジュールを使用して、ＥＣＵ７４０は、定常状態モジュール７５１に実装されたアルゴリズムを使用する定常状態モードと、過渡モジュール７５２に実装されたアルゴリズムを使用する過渡モードと、他のモードでエンジンを動作させる。
【００５７】
図３および図８に示すように、シーケンシャルターボチャージャ３０６の高圧段および低圧段は、空気処理バルブ３１６ｃおよび３１６ｔならびに空気処理バルブ３３０ｃおよび３３０ｔを操作するＥＣＵ７４０によって、スーパーチャージャ３０５に供給される質量空気圧を変化させるように動作することができる。排気チャネル３４０に関して、バルブ３１６ｔが全閉に作動されると、エンジン３０２内の燃焼によって生成された排気が高圧タービンを駆動し、バルブ３１６ｔが全開に作動されると、排気は高圧タービンをバイパスする。いずれの場合も、排気は低圧タービンに流入し、低圧タービンを駆動する。しかしながら、第１の場合には、排気のエネルギーは高圧タービンと低圧タービンとに分割され、第２の場合には、低圧タービンが全ての排気エネルギーを受け取る。
【００５８】
給気チャネル３２０に関して、空気は、低圧圧縮機によって受け取られ、圧縮される。低圧圧縮機によって生成された圧縮空気は、高圧圧縮機の入口に向かって流れる。バルブ３１６ｃが全閉になると、低圧圧縮機によって生成された圧縮空気のすべてが高圧圧縮機によってさらに圧縮され、これにより、低圧段によって通常生成される給気圧よりも給気圧が高くなる。バルブ３１６ｃが全開になると、低圧圧縮機を出る圧縮空気は高圧圧縮機をバイパスする。いずれの場合も、圧縮給気は、スーパーチャージャ３０５に流入し、スーパーチャージャ３０５によって加速される。しかしながら、給気が両方の圧縮機によって圧縮される場合、低圧圧縮機のみによって圧縮される場合よりも高い圧力（したがって、より高い質量）を有する。したがって、スーパーチャージャに入力された給気はより大きい質量を有し、両方の圧縮機がオンライン状態にある場合、燃焼のために供給される給気質量（Ｍｄｅｌｉｖｅｒｅｄ）はより大きい。その結果、単一の圧縮機によって供給される場合ほど、応答して昇圧を供給するためにスーパーチャージャを激しく駆動する必要がない。その結果、高トルク要求時のスーパーチャージャ作動に起因するポンピングロスを低減することができる。
【００５９】
好ましくは、バイパスバルブ３１６ｃおよび３１６ｔは、トルク要求の変化に円滑に応答するために、ＥＣＵ７４０によって一緒に作動される（バイパスバルブ３３０ｃおよび３３０ｔと同様に）。空気処理バルブの段階的または連続的に可変の動作が与えられると、高圧ターボチャージャ３１４は、徐々に（および円滑に）作動中および作動外に移行することができる。したがって、定常運転モードで遭遇する低負荷低エンジン速度に対して、ＥＣＵ７４０は、バイパスバルブを全開に保持し、それにより高圧ターボチャージャ３１４をバイパスし、低圧ターボチャージャ３１２のみでスーパーチャージャ３０５に供給する空気を圧縮することを可能にする。トルク要求が急激に上昇してエンジン速度および負荷がエンジン動作の過渡モードに移行する場合、ＥＣＵ７４０はバイパスバルブを閉じ、それにより高圧ターボチャージャによる（Ｍｄｅｌｉｖｅｒｅｄ）における昇圧への要求の迅速な応答を誘導する。過渡動作中、ＥＣＵ７４０は、必要な昇圧レベルに応じて、バイパスバルブ３１６ｃおよび３１６ｔ（および／またはバイパスバルブ３３０ｃおよび３３０ｔ）を適切に設定する。次いで、トルク要求が減少するにつれて（エンジン速度および負荷の減少によって示されるように）、ＥＣＵ７４０は、エンジン速度／負荷が定常状態動作モードに戻るとき、バイパスバルブを徐々にリセットする。
【００６０】
ここでは、給気冷却器の役割をより明確に理解することができる。圧縮空気は、給気チャネル内の圧縮機およびスーパーチャージャに沿って通過するため、圧力の増加に伴う温度上昇による膨張により、質量が減少し始める。給気冷却器を通ることにより、圧縮空気の温度が低下し、それによって質量が維持される。
【００６１】
図４〜８に示すように、ＮＯｘの制御は、ＥＣＵ７４０によって実行される定常状態アルゴリズムおよび過渡アルゴリズムを、ＥＧＲバルブ（１もしくは複数）の制御によって、高圧、中圧、および低圧ＥＧＲループのいずれか１つまたは任意の組合せにおいて、再循環排気の変調を含むように適合させることによって、図３の高負荷空気処理の実施形態に維持できる。
【００６２】
本開示は、高負荷２サイクルユニフロー掃気対向ピストンエンジンに関する特定の空気処理の実施形態を記載しているが、これらの実施形態は、本開示の基本原則の単なる例として記載されている。したがって、実施形態はいかなる限定的な意味にも考えられるべきではない。
【図１】
2019502868.tif 000003
【図２】
2019502868.tif 000004
【図３】
2019502868.tif 000005
【図４】
2019502868.tif 000006
【図５】
2019502868.tif 000007
【図６】
2019502868.tif 000008
【図７】
2019502868.tif 000009
【図８】
2019502868.tif 000010
【国際調査報告】
2019502868.tif 000011
2019502868.tif 000012